Welcher Fahrzeugantrieb wird das Rennen um die Zukunft gewinnen?

Die Automobilbranche rund um den klassischen Verbrennungsmotor befindet sich mehr denn je im Wandel und die Unsicherheit über DEN Fahrzeugantrieb der Zukunft ist groß.

Dieselfahrverbote in deutschen Innenstädten, politische Einschränkungen und der sich immer stärker bemerkbar machende Klimawandel bringen die großen Automobilkonzerne in immer größer werdende Bedrängnis. Tatsächlich scheinen die Tage der konventionellen Verbrennungsmotoren allmählich gezählt und alternative Energiekonzepte für Fahrzeuge rücken immer mehr in den Fokus der Debatte über die Mobilität der Zukunft. Das Elektrofahrzeug genießt derzeit eine immer breiter werdende Bekanntschaft und Etablierung. Doch sind rein elektrische Fahrzeuge das endgültige Nonplusultra? Ein Vergleich soll zeigen, welche weiteren Alternativen zur Verfügung stehen und worin deren Vor- und Nachteile liegen.

Rein elektrische Fahrzeuge

Der zentrale Bestandteil eines Elektrofahrzeuges ist der Elektromotor. Vereinfacht ausgedrückt, wandelt der Motor elektrische Energie (Strom) mittels eines Elektromotors in mechanische Energie um.

Fahrzeugantrieb Elekto. Wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um.
Abbildung 1: Das rein elektrische Fahrzeug – Eigene Darstellung

Positiv:

  • Elektrofahrzeuge sind emissionsfrei und stoßen keinerlei Schadstoffe aus
  • Äußerst günstige Ladevorgänge
  • Strom kann direkt genutzt werden, daher ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad
  • Batterie-Ladevorgänge können sowohl öffentlich wie auch im eigenen Haushalt vorgenommen werden
  • Die öffentliche Ladeinfrastruktur gewinnt derzeit stetigen Zuwachs – und das nicht nur deutschlandweit, sondern in ganz Europa

 

Negativ:

  • Ladevorgänge gestalten sich als äußerst zeitraubend – so benötigt ein vollständiger Ladevorgang mittels eines herkömmlichen Haushaltssteckers zwischen 8 und 12 Stunden. An sogenannten Schnellladesäulen kann die Ladedauer auf 45 Minuten reduziert werden
  • Selbst hochpreisige Elektrofahrzeuge haben „nur“ eine Reichweite von ca. 400 km1
  • Je mehr Elektrofahrzeuge, desto höher die Belastung des Stromnetzes
  • Zwar stoßen Elektrofahrzeuge während der Nutzungsdauer keinerlei Schadstoffe aus, indirekt – während der Herstellung – jedoch schon2
  • Elektrobatterien besitzen eine hohe Abhängigkeit von Lithium– und Kobalt-Ressourcen3
  • Die Lebensdauer der Elektrobatterie variiert je nach Hersteller aktuell zwischen 100.000 und 200.000 km4

 

Wasserstoffautos

Die Funktionsweise eines mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugs ähnelt dem eines Elektrofahrzeugs. Der entscheidende Unterschied besteht jedoch in der vorgeschalteten Brennstoffzelle. Mittels Elektrolyse wird innerhalb dieser Brennstoffzelle Wasserstoff in elektrischen Strom umgewandelt und ausgehend davon in einen Elektromotor eingespeist.

Fahrzeugantrieb Wasserstoffauto.
Abbildung 2: Ein mit Wasserstoff betriebenes Fahrzeug – Eigene Darstellung

Positiv:

  • Wasserstofffahrzeuge sind emissionsfrei und stoßen keinerlei Schadstoffe aus
  • Der Tankvorgang von Wasserstoff ist schnell (ca. 3 Minuten) und unkompliziert
  • Ein vollständig aufgetanktes Wasserstofffahrzeug erreicht eine Reichweite von 500 km
  • Die Kosten für die Wasserstoffbetankung sind vergleichbar mit dem eines konventionellen Benzin betriebenen Fahrzeugs. Die meisten Wasserstofffahrzeuge fassen circa vier bis fünf Kilogramm Wasserstoff; der Preis pro Kilogramm beträgt 9,50 €5
  • Brennstoffzellen sind sehr effiziente Energiewandler
  • Im Gegensatz zu Strom, kann Wasserstoff gespeichert und transportiert werden

 

Negativ:

  • Preislich liegen Wasserstofffahrzeuge noch weit über den Elektrofahrzeugen6
  • Deutschlandweit gibt es aktuell nur knapp 100 Wasserstoff Tankstellen7
  • Wasserstoff muss durch energieaufwändige Verfahren hergestellt werden, daher ergibt sich ein hoher Wirkungsverlust

 

eFuel

Sogenannte eFuels sind synthetische Kraftstoffe, die aus Wasserstoff und Kohlenstoff hergestellt werden. Ausgangsbasis ist hierbei der sogenannte Power-to-Fuel-Prozess. Mittels – überschüssigem – Strom aus erneuerbaren Energien (daher das „e“ in eFuel), wird durch Elektrolyse Wasserstoff hergestellt. Der Wasserstoff wiederum reagiert mit aus der Luft gewaschenem CO² zu Methan, woraus in weiteren Verfahrensschritten nahezu jeder Kraftstoff hergestellt werden kann. Von E-Diesel, E-Benzin bis hin zu E-Kerosin.8

Fahrzeugantrieb eFuel
Abbildung 3: eFuels sind synthetische Kraftstoffe, die aus Wasserstoff und Kohlenstoff hergestellt werden – Eigene Darstellung

Positiv:

  • eFuel betriebene Fahrzeuge sind CO² neutral, d.h. der Treibstoff verbrennt lediglich so viel CO², wie zuvor bei der Herstellung im Treibstoff gebunden wurde
  • Der eFuel-Treibstoff ist beimischbar und kann in nahezu allen modernen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden
  • Die bestehende Tankstellen Infrastruktur kann für eFuel-Fahrzeuge beibehalten werden
  • Wie schon beim Wasserstoff thematisiert, eignet sich auch eFuel als ideales Speichermedium von überschüssig erzeugtem Strom

 

Negativ:

  • Das Problem der CO²-Emissionen ist durch eFuel-betriebene Fahrzeuge nicht gelöst
  • Die Herstellung von eFuel ist äußerst aufwendig, daher ergibt sich auch hier ein sehr geringer Wirkungsgrad
  • eFuel ist derzeit noch viel zu teuer; der Preis pro einem Liter Diesel-Äquivalent beläuft sich auf schätzungsweise 4,50 €9

 

Hybride Lösungen

Neben den reinen Elektro- bzw. Wasserstofffahrzeugen sind natürlich auch Mischformen eine Alternative. So genannte „Hybride“ gibt es bereits seit vielen Jahren, prominentestes Beispiel ist hierbei sicherlich der Toyota Prius. Dieser wird bereits seit 1997 in Serie gebaut und erreicht durch die Kombination aus einem benzinbetriebenen Verbrennungsmotor und zweier Elektromotoren niedrigste Verbrauchswerte. Doch es bestehen mittlerweile nicht mehr nur Hybrid-Kombination aus Elektromotor und Verbrennungsmotor, sondern auch Hybridfahrzeuge mit Elektromotor und Brennstoffzelle. Ein Beispiel hierzu ist der Mercedes-Benz GLC F-Cell. Dieser verspricht eine kombinierte Reichweite von 478 Kilometer, die sich in knapp 430 Kilometer wasserstoffbasiert und circa 50 Kilometer reinelektrisch aufteilen.10

Positiv:

  • Hybride aus Brennstoffzelle und Batterie Antrieb sind emissionsfrei und stoßen keinerlei Schadstoffe aus
  • Plug-In-Hybride vereinen die Vorteile von rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen und Wasserstofffahrzeugen
  • Insbesondere die gut ausgebaute urbane Elektroladesäuleninfrastruktur, kann durch den integrierten Elektromotor ausgenutzt werden, sodass kurze städtische Fahrten ohne Probleme rein elektrisch gefahren werden können

 

Negativ:

  • Hybride Fahrzeuge liegen preislich deutlich über den Elektrofahrzeugen
  • Die Problematik der schlecht ausgebauten Wasserstoff Tankstellen spielt selbstverständlich auch bei den Hybrid Fahrzeugen eine übergeordnete Rolle11
  • Die Produktion von Wasserstoff ist äußerst aufwendig, daher ergibt sich auch hier ein sehr geringer Wirkungsgrad

 

Alternative Fahrzeugantriebe und digitale Services

Neben den gegenübergestellten mechanischen und energetischen Aspekten alternativer Antriebstechnologien, spielt die Kundenakzeptanz eine entscheidende Rolle. Ein Weg, alternative Mobilität für möglichst viele potenzielle Abnehmer attraktiv und smart zu gestalten, ist die Unterstützung durch digitale Services.

Ein Beispiel im Bereich der Elektromobilität ist hierbei der digitale Service ChargeNow, der es Elektromobilitätskunden erlaubt, Elektroladestationen schnellstmöglich aufzufinden, sich sorglos mittels einer bereitgestellten RFID-Karte an nahezu jeder Ladesäule innerhalb Europas autorisieren zu können und sich durch den Service automatisiert und sicher abrechnen zu lassen.

Die doubleSlash Net-Business GmbH ist hier bereits seit 2012 aktiv und unterstützt weiterhin in der Weiterentwicklung des ChargeNow Services.

Mehr zu dem Thema Data Driven Services gibt es hier

 

Fazit

Aktuell deutet vieles darauf hin, dass die rein elektrischen Fahrzeuge den Automobilmarkt dominieren werden. Diese Etablierung ist vor allem auf die Bekanntheit und den Status in der Gesellschaft, den immer weiter voranschreitenden Ladenetzausbau und das, gegenüber anderen nachhaltigen Technologien, bessere Preis-Leistungsverhältnis zu erklären. Nichtsdestotrotz bleibt die Frage des zukünftigen Antriebs spannend, denn der Umstieg von konventionellen auf alternative Antriebstechnologien wird nicht von heute auf morgen stattfinden. Dieser Prozess bedarf Zeit – Zeit, die es wiederum Wasserstoff und eFuel erlauben werden, durch Innovation und Weiterentwicklung den Vorsprung des Elektroautos zu verringern. Nicht zu vergessen bleibt hierbei als wichtigster Treiber aller alternativer Antriebstechnologien, der Ausbau der erneuerbaren Energien.

Für die Weiterentwicklung der einzelnen Teilbereiche alternativer Mobilitätsantriebe sollten zudem folgende Fragen gestellt werden:

  • Wie können Batterien verbessert werden? (Speicherkapazität, Rohstoffauswahl, Sicherheit und Lebensdauer)
  • Wie kann der Netzausbau noch besser vorangetrieben werden?
  • Wie kann im urbanen Raum genügend Platz für öffentliche Ladesäulen geschaffen werden?
  • Was passiert mit den bisherigen konventionellen Verbrennerfahrzeugen?
  • Wie kann eine Infrastruktur für Wasserstoff Tankstellen aufgebaut werden?
  • Wie könnten synthetische Kraftstoffe als Treibstoff etabliert werden?

 

Co-Autor Marc Friedrich

 


 

1 https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/tests/elektromobilitaet/stromverbrauch-elektroautos-adac-test/

2 https://vm.baden-wuerttemberg.de/de/politik-zukunft/elektromobilitaet/faq-elektroauto/

3 https://vm.baden-wuerttemberg.de/de/politik-zukunft/elektromobilitaet/faq-elektroauto/

4 https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/fahrbericht-test/dauertest-elektroauto-leaf-i3-ampera-2018/

5 https://www.shell.de/energie-und-innovation/mobilitaet/wasserstoff.html

6 https://www.br.de/nachrichten/wissen/elektroauto-und-wasserstoffauto-im-vergleich,RTjXBVu/

7 https://www.br.de/nachrichten/wissen/elektroauto-und-wasserstoffauto-im-vergleich,RTjXBVu

8 https://www.handelsblatt.com/unternehmen/energie/e-fuels-synthetische-kraftstoffe-wann-kommt-die-rettung-fuer-verbrennungsmotoren-/24402814.html?ticket=ST-535417-aTiE94Pi2m7XC7u4NxJ7-ap6

9 https://www.handelsblatt.com/auto/nachrichten/synthetische-kraftstoffe-autos-ohne-co2-warum-die-industrie-an-e-fuels-glaubt/24523640.html?ticket=ST-36630152-ddBwn6402h3YoTOeGDee-ap4

10 https://www.mercedes-benz.de/passengercars/mercedes-benz-cars/models/glc/glc-f-cell/der-neue-glc-f-cell/stage.module.html

11 https://www.br.de/nachrichten/wissen/elektroauto-und-wasserstoffauto-im-vergleich,RTjXBVu

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